第1章广播电视理论基础.ppt
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1、电视技术是根据人眼的视觉特性,用电子学的方法,实时地远距离传送活动和静止图像的技术。,彩色电视技术,第 1 章 广播电视理论基础,1.1 电视信号传输与接收过程 1.2 电视图像的传送原理 1.3 图像的摄取与重现 1.4 电视扫描 1.5 重现图像的基本参数 1.6 视频全电视信号 1.7 射频电视信号 1.8 电视信号的传输方式,1.1 电视信号传输 与接收过程,电视图像信号的传送及接收可分成四个步骤:,1.1 电视信号传输与接收过程,电,光,把图像的光信号通过光电转换器件转换成代表图像的电信号。,将图像信号“载”到高频载波上,即用图像信号去调制高频载波,经过一系列处理以后,通过天线将调制
2、后的信号向空中辐射出去。,1.1 电视信号传输与接收过程,用电视信号接收天线,将“载”着图像和伴音信号的高频载波同时接收下来,送入电视接收机进行放大、解调等一系列的处理。 用电光转换器件(显像管)把图像电信号转换为光像;用电声转换器件(扬声器)把伴音电信号转换为声音。,高频放大,解调等 处理,1.1 电视信号传输与接收过程,1.2 电视图像的 传送原理,1.2.1 电视图像的组成,电视图像是由明暗程度和彩色不同的像素组成。在我国现行的模拟电视标准中,一幅电视图像大约有4050万个像素。,1.2 电视图像的传送原理,1.2 电视图像的传送原理,大约有 4050万 个像素,在发送端,把一幅将要被传
3、送的图像分割为几十万个像素,并转换成随时间变化的电信号,然后,按一定的顺序传送出去。 在接收端,显像管再按同样的顺序将各个电信号转变为光像。 在电视技术中,发送端将光像转换成电信号的任务是由摄像管来完成。,1.2.2 图像顺序传送系统及原理,1.2 电视图像的传送原理,1.3 图像的摄取 与重现,1. 摄像管 摄像管主要由电子枪和光电靶两部分组成,管外还有聚焦线圈、偏转线圈和校正线圈等。,1.3.1 图像的摄取,氧化铅光电导摄像管结构,1.3 图像的摄取与重现,(1)电子枪 电子枪由灯丝、阴极、控制栅极、加速极和聚焦极组成。各部分的作用如下: 灯丝 用于加热阴极,使之发射电子。 阴极 加热后发
4、射电子。 控制栅极 控制阴极发射电子的多少。 聚焦极 将阴极发来的电子聚焦成束。,氧化铅光电导摄像管结构,1.3 图像的摄取与重现,(2)光电靶 光电靶的最外层是一层透明玻璃,在透明玻璃上蒸涂上一层很薄的透明金属导电膜,作为信号板,在金属导电膜上再蒸涂一层具有内光电效应的半导体光电导层,称为光电靶。,1-1 光电靶的结构图,1.3 图像的摄取与重现,我们知道半导体材料的电导率对光照很敏感,在无光照射时具有极高的电阻值(1012以上);当有光照射时,电阻值急剧下降,且其电阻值的变化率与光的强弱成正比。 图1-1(b)所示。被摄景物通过摄像机的光学系统在摄像管的光电靶上成像,与较亮光像对应的靶单元
5、的电阻值较小,与较暗光像对应的靶单元的电阻值较大,这样图像上不同的亮度就使靶面上各单元的电阻值不同。,2. 光电转换原理,1.3 图像的摄取与重现,当电子束接通靶面上某个像素时,使摄像管阴极与信号板、负载电阻RL和电源构成一个回路,在RL中就有电流流过,而电流的大小随着光电靶上各个单元电阻值的大小而变化。于是在输出端就取得了大小不同的电压信号,我们称它为视频图像信号。,1.3 图像的摄取与重现,1. 黑白显像管的结构,图1-2 黑白显像管的结构示意图,现代电视系统重现图像的器件主要是接收机中的显像管。显像管主要有阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子体(PDP)显示器等。下面以黑白
6、显像管(CRT)为例: 黑白显像管由电子枪、玻璃外壳和荧光屏三部分组成。,1.3.2 图像的重现,1.3 图像的摄取与重现,(1)电子枪 电子枪由灯丝、阴极、栅极、第一阳极、第二阳极、第三阳极和第四阳极构成。各电极都在管径末端用金属管脚引出,只有第二、四阳极的引出端在玻璃锥体上,如图1-2所示。,图1-2 黑白显像管的结构示意图,1.3 图像的摄取与重现, 灯丝: 加热阴极。其上所加直流(或交流)电压为6.3V、11V或12V,不同的显像管有所不同。 阴极(K):受热后向外释放电子。 栅极(M)又称调制极:控制阴极发射电子的多少,达到控制显像管亮度的目的。 第一阳极(加速极A1):吸引电子束使
7、其加速轰击荧光屏。 第二、四阳极(A2 、A4)连在一起(高压阳极):高压阳极上所加电压为16kV(彩色电视26kV)左右,使电子束高速轰击荧光屏以使其发光。 第三阳极(聚焦极A3):聚焦电子束,使荧光屏能显示清晰的图像。,1.3 图像的摄取与重现,(2) 玻璃外壳 玻璃外壳由管颈、锥体和玻璃屏三部分组成。玻璃外壳锥体部分的内外壁上,都涂有一层导电的石墨层,因而这个导电的石墨层相当于电容的两个极板,玻璃相当于介质,其等效电容为5001000PF。此电容作为阳极高压滤波电容。锥体部分装有高压嘴,它与显像管内的高压阳极A2、A4通过内石墨层相连。,1.3 图像的摄取与重现,荧光屏的内壁沉积一层荧光
8、粉。电子束以很高的速度轰击荧光屏时,屏上荧光粉便会发光。,(3) 荧光屏,1.3 图像的摄取与重现,电子枪的阴极被灯丝加热后发射电子,经聚焦后在高压加速电场的作用下,以很高的速度轰击荧光屏,在荧光屏上出现一个亮点,如果给电子束流施加一个偏转磁场,则电子束就会在磁场的作用下产生偏转,使荧光屏上的荧光粉点,顺序地发出均匀的亮光,这就是光栅。,2. 显像管显图像的过程,(1)显像管光栅的形成,1.3 图像的摄取与重现,在显像管的屏幕上有了光栅并不等于有了图像,只是具备了显示图像的必要条件。实际电路中,图像信号通过耦合电容迭加到栅阴之间,使电子束电流的强弱随图像内容的变化而变化,使屏幕各荧光粉点呈现不
9、同的灰度,重现了原始的图像。,(2)图像的形成过程,1.3 图像的摄取与重现,显像管的调制特性: 栅阴电压Vgk对阴极电流的控制关系,称为显像管的调制特性。 荧光屏上形成图像的各点的灰度由栅阴电流的大小决定,而阴极电流的变化受栅阴电压的控制,我们把栅阴电压Vgk对阴极电流的控制关系,称为显像管的调制特性。,3. 显像管的调制特性,图1-3 显像管的调制特性曲线,1.3 图像的摄取与重现,图1-3 显像管的调制特性曲线,从调制特性曲线上看,栅一阴电压的绝对值越大,阴极电流越小,则荧光屏亮度越暗;反之,亮度越高。一般电视机都固定栅极电位(如栅极接地),所以,改变阴极电位的大小可以调节显像管的亮度。
10、,1.3 图像的摄取与重现,1.4 电视扫描,在发送端,通过扫描,将按平面空间分布的像素变换成仅与时间有关的图像电信号,这是一个图像分解过程。 在接收端,通过扫描将按时间变化的电信号变换为按平面空间分布的光学图像,这是一个图像合成过程。 电视图像的分解与合成都是通过扫描来完成的。,电视系统中的扫描-是指电子束以某种周期性规律,在摄像管的光电靶上或显像管的荧光屏上来回运动的过程。,1.4 电 视 扫 描,逐行扫描-电子束沿水平方向从左到右、从上到下以均匀速度一行紧跟一行地顺序扫描,称为逐行扫描。 电子束移动轨迹的集合,形成了扫描光栅。,1.4.1 逐行扫描,1.逐行扫描光栅,(a)有回扫线的光栅
11、,1.4 电 视 扫 描,电子束水平方向的扫描叫做行扫描。 行扫描的每一行又是由行扫描正程和行扫描逆程组成。 行扫描正程,(1) 行扫描,电子束沿水平方向从左到右的扫描过程,称为行扫描正程。 行扫描正程所需的时间,称为行正程时间,用THt表示。 行扫描逆程 电子束沿水平方向从右至左的扫描过程,称为行扫描逆程。 行扫描逆程所需要的时间,称为行逆程时间,用THr表示。,1.4 电 视 扫 描, 行扫描周期,行扫描周期,TH = THt+THr,行扫描频率,f = 1/TH,END,1.4 电 视 扫 描, 帧正程 电子束沿垂直方向从左上角开始到右下角为止的整个扫描过程称为帧正程扫描,简称帧正程。
12、帧正程所需的时间,称为帧扫描正程时间,用TV t表示。 帧逆程 电子束从右下角返回到左上角的扫描过程称为帧逆程扫描. 帧逆程所需的时间称为帧扫描逆程时间,用TV r表示。,(2) 帧扫描 电子束垂直方向的扫描叫做帧扫描。 帧扫描的每一帧又是由帧正程扫描和帧逆程扫描两部分组成。,1.4 电 视 扫 描,在电视设备中,行扫描与帧扫描是同时进行的,即电子束在进行行扫描的同时又在垂直方向移动,则电子束的运动轨迹就由这两个运动的合运动决定。由于电子束水平方向的运动速度远大于垂直方向的速度,这样电子束运动的轨迹稍有点向下倾斜,如图。, 帧扫描周期,帧扫描频率: f = 1/TV,帧扫描周期: TV =TV
13、 t+TV r,1.4 电 视 扫 描,(3)行、帧逆程系数, 行逆程系数, 帧逆程系数,我国电视标准规定:行逆程系数 = THr/TH = 18%,逆程系数指逆程时间所占扫描周期的百分比,我国电视标准规定:帧逆程系数 = TVr/TV = 8%,1.4 电 视 扫 描,1.4 电 视 扫 描,在电视系统中,图像只在扫描的正程期间传送,逆程期间不传送图像信号,只传送一些辅助信号。既然电子束在回扫时不传送图像信息,为了避免回扫线干扰图像,在电视技术中利用消隐脉冲截止扫描电子束,使逆程扫描线消失,如图1-4(b)所示。,(a)有回扫线的光栅,逐行扫描虽具有简单、可靠等优点,但是它占用的频带需要11
14、.98MHz。而我国的电视标准规定每个电视台只允许占用8MHz的频带宽度,显然,逐行扫描不符合要求,要想办法压缩频带宽度,因此,模拟广播电视系统采用隔行扫描方式。,2. 逐行扫描的优缺点,1.4 电 视 扫 描,隔行扫描-就是将一帧光栅分为两场来扫描,先扫描1、3、5、7、9、等奇数行,再扫描2、4、6、8、10、等偶数行。,1.4.2 隔行扫描,1. 隔行扫描光栅的形成,1.4 电 视 扫 描,1.4 电 视 扫 描,所有奇数行组成奇数场,所有偶数行组成偶数场,两场光栅互相交错,均匀镶嵌,合起来刚好是一帧(一幅)完整的光栅。这种扫描方式称为隔行扫描方式。 隔行扫描每秒传送25帧50场,占用的
15、频带由逐行扫描时的11.98MHz 降低了一半(5.99 MHz)。 视频图像信号的最高频率为6MHz,足以满足图像信号频带宽度和我国电视标准的要求。,1.4 电 视 扫 描,2. 隔行扫描 重现图像的过程,图1-5 隔行扫描光栅及扫描电流波形,(1)隔行扫描光栅 及扫描电流波形,1.4 电 视 扫 描,(2)重现图像的过程,(a) 奇数场的图像 (b) 偶数场的图像 (c) 两场合成的一帧图像 图1-6 隔行扫描重现图像的示意图,1.4 电 视 扫 描,行扫描的优点是决了通频带与清晰度的矛盾采用隔行扫描后,帧频可降低一半(25Hz),相同的情况下,图像信号的频带宽度是逐行扫描带宽的一半。在隔
16、行扫描中,一帧扫描行数是两场扫描行数之和,仍然和逐行扫描行数相同,所以仍可获得和逐行扫描相当的图像清晰度。,3. 隔行扫描的优点,1.4 电 视 扫 描,(1)并行现象 在隔行扫描中,要求行、场扫描频率应保持严格的关系,否则两场光栅不能均匀镶嵌,严重时两场光栅重合在一起,这就是真实并行。这时真实扫描行数减少一半,使图像质量下降。 ( 2 ) 存在行间闪烁现象 在隔行扫描中,虽然整个屏幕的亮度是按场扫描频率重复的,高于临界闪烁频率(48.25Hz),而每行每秒仅出现25次,即每一行的亮度却以帧频重复的,低于临界闪烁频率,所以当我们仔细观看比较亮的细线时,就会感到有些闪光,这就是行间闪烁现象。,4
17、. 隔行扫描的缺点,1.4 电 视 扫 描,1.5 重现图像 的基本参数,1. 图像的几何相似性,电视接收机重现图像的形状、大小和相对位置,要和发送端的景物保持其比例不变,即收发两端的图像要有很好的几何相似性,否则将会造成图像的失真。,图1-7 图像的几何失真,(1) 几何失真,1.5 重现图像的基本参数,图像几何失真产生的原因:,桶形失真: 偏转线圈中心磁场强、边缘磁场弱造成的。 枕形失真: 偏转线圈中心磁场弱、边缘磁场强造成的。 水平和垂直梯形失真:由于杂散磁场的存在,偏转线圈的绕制误差及装配误差等,1.5 重现图像的基本参数,(2)非线性失真,图1-8 图像非线性失真示意图,引起图像的非
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